來(lái)源:干細胞者說(shuō)
間充質(zhì)干細胞,又稱(chēng)多能基質(zhì)細胞,簡(jiǎn)稱(chēng)MSCs,是屬于中胚層的一類(lèi)多能干細胞,主要存在于結締組織和器官間質(zhì)中,包括:骨髓、胎盤(pán)、臍帶、脂肪、粘膜、骨骼、肌肉、肺、肝、胰腺等組織以及羊水、羊膜、臍帶血等。在適宜條件下可分化為脂肪、骨、軟骨等多種組織細胞。
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間充質(zhì)干細胞的再認識
1976年,Freidenstein等首次發(fā)現在骨髓里存在一群貼壁生長(cháng)細胞,形態(tài)和成纖維細胞相似,呈克隆性增殖,命名為骨髓間充質(zhì)干細胞。后研究發(fā)現間充質(zhì)干細胞來(lái)源于發(fā)育早期的中胚層和外胚層,屬于多能干細胞,廣泛存在于人體的許多種組織中,具有多向分化潛能、造血支持和促進(jìn)干細胞植入、免疫調控和自我復制等潛能。
間充質(zhì)干細胞的基本特性包括:
*強大的增殖能力和多向分化潛能:在適宜的體內或體外環(huán)境下分化為成骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、肌細胞、神經(jīng)細胞、肝細胞、內皮細胞、基質(zhì)細胞等多種細胞的能力。
*免疫調節功能:通過(guò)細胞間的相互作用及產(chǎn)生細胞因子干擾樹(shù)突狀細胞功能并抑制T細胞的增殖及其免疫反應,從而發(fā)揮免疫重建的功能。
*來(lái)源多樣、取材方便,易于分離、培養、擴增和純化,多次傳代擴增后仍具有干細胞特性。
以上是對于間充質(zhì)干細胞的通??捶?,隨著(zhù)研究深入發(fā)現間充質(zhì)干細胞在醫療中的價(jià)值遠遠高過(guò)胚胎干細胞、誘導多能干細胞等“干細胞明星”。
我們有必要其進(jìn)行重新認識:
組織支持的“土壤細胞”
間充質(zhì)干細胞是一種滋養層細胞,可能存在于所有組織中,支持多種細胞的生存和生長(cháng),包括:造血細胞、胚胎干細胞、腫瘤細胞、神經(jīng)細胞、肝細胞、內皮細胞等。
組織修復的“微藥廠(chǎng)”
間充質(zhì)干細胞在體內發(fā)生炎癥損傷,釋放出炎癥信號時(shí),持續地分泌相關(guān)抗炎性分子、抗凋亡分子等,在體內形成一個(gè)促進(jìn)組織修復及再生的微環(huán)境。
信號開(kāi)關(guān)功能
間充質(zhì)干細胞可能具有自身開(kāi)/關(guān)調控機制,而這個(gè)調控機制的關(guān)鍵可能在于體內是否存在有炎癥信號。
抗菌作用
間充質(zhì)干細胞可以分泌一種被稱(chēng)為hCAP-18/LL37具有抗菌作用的抗菌肽。
抗纖維化作用
可以修復血管纖維化、肝纖維化、肺纖維化等。
抗排斥作用
間充質(zhì)干細胞可以抑制GVHD(移植物抗宿主反應),能夠促進(jìn)造血干細胞植入,還可以降低細胞或器官移植后的免疫排斥反應。
激活內源性干細胞
同種異基因移植間充質(zhì)干細胞,主要通過(guò)分泌細胞因子調節微環(huán)境,激活內源性干細胞發(fā)揮組織修復作用。
“一過(guò)性”使命
同種異基因移植間充質(zhì)干細胞,必要時(shí)可以直接參與組織分化與修復,在完成使命后逐步被內源性組織細胞替換,并不長(cháng)期滯留體內。
超級起始材料
間充質(zhì)干細胞體外擴增方便,具有多潛能性,可望成為組織工程、細胞重編程,以及細胞轉分化理想的起始材料。
伴隨生命全過(guò)程
有了間充質(zhì)干細胞,才有組織發(fā)生:?jiǎn)渭毎镏挥屑?,原腸胚階段的生物有內胚層和外胚層,仍沒(méi)有組織分化,每個(gè)細胞都可以獨立生存;當生命進(jìn)化或發(fā)育到三胚層階段真正意義上的組織才誕生,而間充質(zhì)干細胞就起源于中胚層。
遍布所有組織
間充質(zhì)干細胞與血管相伴,存在于機體所有的組織、組織液和分泌物中:除了骨髓間充質(zhì)干細胞、臍帶間充質(zhì)干細胞外,脂肪干細胞、胎盤(pán)干細胞、宮內膜干細胞、外周血干細胞、毛囊干細胞、牙髓干細胞、粘膜干細胞、羊水干細胞、羊膜干細胞、乳汁干細胞、尿液干細胞等等均含有或本身就是間充質(zhì)干細胞。
身體的腳手架
間充質(zhì)干細胞是組織的建造者和功能維持者:間充質(zhì)干細胞在組織形態(tài)發(fā)生中負責搭建腳手架,分化出骨骼、軟骨、脂肪、纖維等結締組織,構成器官發(fā)育框架結構;而且,間充質(zhì)干細胞可以分泌數十種因子,為各種分化細胞提供所需營(yíng)養。
建造細胞微環(huán)境
間充質(zhì)干細胞是各種細胞niche的建造者和維護者:機體各種細胞處在特有的niche之中才能夠正常發(fā)揮功能,間充質(zhì)干細胞負責建造各種niche、并分泌所需的各種因子維護其功能,如:肌細胞niche、神經(jīng)細胞niche、造血干細胞niche、上皮細胞包niche、腫瘤細胞niche等等;另一方面,間充質(zhì)干細胞還通過(guò)免疫調節作用隔離不同niche,避免不同性質(zhì)niche的相互沖突;
組織功能維護者
間充質(zhì)干細胞是維護組織功能的基礎,任何疾病都與間充質(zhì)干細胞有直接關(guān)系:各種物理、化學(xué)、生物因素均直接和間接作用在組織的腳手架和細胞niche上,從而引起損傷、感染、過(guò)敏、壞死、免疫力下降、內分泌紊亂、神經(jīng)失調、衰老、癌變等等。
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間充質(zhì)干細胞的8大局限性
雖然間充質(zhì)干細胞被認為最接近臨床應用的干細胞產(chǎn)品,但隨著(zhù)研究深入,研究者必須對間充質(zhì)干細胞的局限性予以足夠重視:
間充質(zhì)干細胞為異質(zhì)性細胞群體,定義不明確,大小形態(tài)各異,不同組織來(lái)源細胞表觀(guān)遺傳印跡不同;
間充質(zhì)干細胞體外擴增能力有限,有效傳代次數僅3-7;
間充質(zhì)干細胞體內歸巢缺乏組織特異性,多向慢性炎癥部位聚集,難以有效抵達目標組織;
間充質(zhì)干細胞靜脈輸注絕大多數被肺部截留,系統輸注療效似是而非;
間充質(zhì)干細胞往往并不表現干細胞行為,異基因細胞輸注后一般不在體內增殖,不參與定植、分化;
間充質(zhì)干細胞一般不直接參與組織修復,異基因細胞輸注后數天至2周內均被免疫系統所清除;
間充質(zhì)干細胞生物學(xué)效應繁雜,缺乏明確治療靶點(diǎn);
間充質(zhì)干細胞主要生物功能可被其旁分泌因子所取代。
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間充質(zhì)干細胞的美圖
綠色為細胞骨架,紫色為細胞核,紅色為細胞質(zhì)蛋白。
細胞增殖
體外培養的間充質(zhì)干細胞迅速增殖并爭先恐后地去搶占底盤(pán),這種“定向遷移”能力對損傷修復等至關(guān)重要。
細胞鋪展
間充質(zhì)干細胞遷移的方向感來(lái)源于特定蛋白質(zhì)在特定方向上的激活,人為地使這種蛋白質(zhì)在各個(gè)方向都激活,細胞就喪失了方向性,以至于雖然把自己扯成了薄餅,卻還是停留在原地。
爬高上低
間充質(zhì)干細胞可以沿著(zhù)膠原纖維等胞外基質(zhì)四處爬行。
與血管同行
圖中灰色管狀為毛細血管,哪里有血管哪里就有間充質(zhì)干細胞(紅)。
拯救死亡細胞
活細胞染為紅色,死亡的心肌細胞染為青色,間充質(zhì)干細胞不斷遷移,箭頭所指部位間充質(zhì)干細胞逐漸與死亡細胞融合成為雙核,400分鐘時(shí)死亡的心肌細胞開(kāi)始奇跡般地復活。
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